石群自动控制原理
中国石油大学(北京)自动控制原理胡寿松 课件PPT
实验四 控制系统的根轨迹分析一. 实验目的:1. 学习利用MATLAB 语言绘制控制系统根轨迹的方法。
2. 学习利用根轨迹分析系统的稳定性及动态特性。
二. 实验内容:1. 应用MATLAB 语句画出控制系统的根轨迹。
2. 求出系统稳定时，增益K 的范围。
3. 实验前利用图解法画出系统的根轨迹，算出系统稳定的增益范围，与实测值相比较。
4. 应用SIMULINK 仿真工具，建立闭环系统的实验方块图进行仿真。
观察不同增益下系统的阶跃响应，观察闭环极点全部为实数时响应曲线的形状；有共轭复数时响应曲线的形状。
（实验方法参考实验二）5. 分析系统开环零点和极点对系统稳定性的影响。
三. 实验原理:根轨迹分析法是由系统的开环传递函数的零极点分布情况画出系统闭环根轨迹，从而确定增益K 的稳定范围等参数。
假定某闭环系统的开环传递函数为)164)(1()1()()(2++-+=s s s s s K s H s G利用MATLAB 的下列语句即可画出该系统的根轨迹。
b=[1 1]； ％确定开环传递函数的分子系数向量a1=[l 0]； ％确定开环传递函数的分母第一项的系数a2=[l -1]； ％确定开环传递函数的分母第二项的系数a3=[l 4 16]； ％确定开环传递函数的分母第三项的系数a=conv(al ，a2)； ％开环传递函数分母第一项和第二项乘积的系数 a=conv(a ，a3)； ％分母第一项、第二项和第三项乘积的系数 rlocus(b,a) ％绘制根轨迹，如图（4-l ）所示。
p=1.5i ； ％ p 为离根轨迹较近的虚轴上的一个点。
[k ，poles]=rlocfind(b ，a ，p) ％求出根轨迹上离p 点很近的一个根及所对应的增益K 和其它三个根。
K=22.5031， poles= -1.5229+2.7454i -1.5229-2.7454i0.0229+1.5108i 0.0229-1.5108i再令p=1.5108i ，可得到下面结果:k=22.6464， poles=-1.5189+2.7382i -1.5189-2.7382i0.0189+1.5197i 0.0189-1.5197i再以此根的虚部为新的根，重复上述步骤，几步后可得到下面的结果： k=23.316， poles=-1.5000+2.7040i -1.5000-2.7040i0.0000+1.5616i 0.0000-1.5616i这就是根轨迹由右半平面穿过虚轴时的增益及四个根。
石群自动控制原理(第9章)完整版
第九章线性系统的状态空间分析与综合9-1 线性系统的状态空间描述9-2 线性系统的可控性与可观性9-3 线性定常系统的反馈结构及状态观测器9-4 李雅普诺夫稳定性分析9-5 控制系统状态空间设计9凯莱-哈密顿定理设n 阶矩阵A 的特征多项式：则A 满足其特征方程，即推论1 矩阵A 的次幂可表示为A 的n-1阶多项式：式中与A 阵的元素有关。
1110()n n n f I A a a a λλλλλ−−=−=++++ 1110()n n n f A A a A a A a I−−=++++ ()k k n ≥10 , n k mm m A A k n α−==≥∑m α9秩判据线性定常连续系统：其状态完全可控的充分必要条件是：其中，A 为n 维方阵；称为系统的可控性判别阵。
0()()(), (0), 0xt Ax t Bu t x x t =+=≥ 1n rank B AB A B n −⎡⎤=⎣⎦1 n S B AB A B −⎡⎤=⎣⎦9PBH 秩判据线性定常连续系统：其状态完全可控的充分必要条件是：式中，是矩阵A 的所有特征值。
另一种等价描述为：说明：因为这个判据是由波波夫(Popov ) 和贝尔维奇(Belevitch ) 首先提出，并由豪塔斯(Hautus ) 最先指出其可广泛应用性，故称为PBH 秩判据。
0()()(), (0), 0xt Ax t Bu t x x t =+=≥ (1,2,,)i i n λ= [] ; 1,2,,i rank I A B n i nλ−== [] ; rank sI A B n s C−=∀∈9对角线规范型判据线性定常连续系统：矩阵A 的特征值两两相异，变为对角线规范型：系统完全可控的充要条件不包含元素全为零的行12,,,n λλλ 12 0 0 n x x Bu λλλ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 0()()(), (0), 0xt Ax t Bu t x x t =+=≥ B4. 输出可控性如果系统需要控制的是输出量，而不是状态，则需要研究系统的输出可控性。
石群自动控制原理PPT文档共45页
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
石群自动控制原理(第7章)
➢ 采样/脉冲控制系统： 系统中的离散信号是脉冲序列形式的离散系统。
➢ 数字/计算机控制系统 系统中的离散信号是数字序列形式的离散系统。
1. 采样控制系统 采样系统是对来自传感器的连续信息在某些规定的
时间瞬时上取值，而无法获取瞬时之间的信息。
⑦若采样编码是瞬间完成，并用理想脉冲等效代替数 字信号，则数字信号可以看成脉冲信号， A/D转换器 可用每隔T秒瞬时闭合一次的理想采样开关S来表示。
⑵D/A转换器 ①将离散数字信号转换为连续模拟信号的装置。 ②D/A转换包括解码和复现两个过程。
离散数字--解码--离散模拟--复现(保持器)--连续模拟
连续信号
采样器 保持器
脉冲序列
采样系统：采样器和保持器是特殊环节。 ⑴信号采样和复现
①采样：连续信号转变为脉冲信号。 ②采样器，例如采样开关。 ③T是采样周期，fs=1/T是采样频率。 ④采样角频率：ωs=2π/T=2πfs，单位是rad/s ⑤采样持续时间τ<<T，τ<<max{连续部分的时间
常数}，通常认为τ趋近于0。 ⑥矩形面积
⑤对于传输延迟，甚至大延迟控制系统，可以引入采样 的方式稳定。
4. 离散系统的研究方法 数学基础：Z变换。
7-2 信号的采样与保持
1. 采样过程 ①采样器，又称采样开关：把连续信号变换为脉冲序列。 ②采样过程：用一个周期性闭合的采样开关S表示。
通常可认为，采样开关的闭合时间τ非常小，是ms、
μs级的，远小于采样周期T和系统连续部分的最大时间 常数。
请分析：采样信号与数字信号的区别和联系？
✓区别 采样：在离散时刻，采集连续的幅值。 编码：即A/D过程，将采样值进行0、1编码。
石群自动控制原理(电气专业第0章)
081101 控制理论与控制工程
081102 检测技术与自动化装置
081103 系统工程
081104 模式识别与智能系统
081105 导航、制导与控制
中国高校“控制科学与工程”权威排名
Automation major introduction
研究生阶段细分研究方向，分为： 一级学科：0811 控制科学与工程 5个二级学科： 081101 控制理论与控制工程 081102 检测技术与自动化装置 081103 系统工程 081104 模式识别与智能系统 081105 导航ples of Automatic Control
石 群 (stones) 清华大学 工学博士 控制科学与工程 东北大学 工学硕士 控制理论与控制工程 主讲课程(本科类) 自动控制原理(考研) 现代控制理论(考研) 电路(考研) 模拟电子技术 数字电子技术 单片机、PLC、DSP……
参 考 教 材
1.《自动控制原理》（东工用书） 王建辉 顾树生 主编（东北大学） 清华大学出版社 2.《自动控制原理》（第2版）（清华用书） 吴麒 王诗宓 主编 清华大学出版社
理论教学及考试安排
课时：64学时（16周） 考试：70%左右 平时：30%左右
一级学科、二级学科
电 气 工 程教 育 部 排 名
理 论 课 教 材
《自动控制原理》 (第五版) 胡寿松 主编 科学出版社 （中国绝大部分高校考硕士用书）
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石群考研视频教程
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石群——精选推荐
全体可爱的海滨学子：你们好！我是石群。
上完了在海滨学院的最后一节课，走下讲台的一瞬，我百感交集、感慨万千，略带一丝伤感，因为我不再是你们的老师；又夹杂一丝慰藉，因为我成为了你们的朋友！2009年8月至今，我在海滨学院任教近两年了，得到广大海滨学子的支持和理解，由于读博士的原因，不能在海滨学院任专职教师了，在此向你们表示深深的感谢和崇高的敬意！我在有限的时空里，和你们交流的知识总是有限，所以我最大的愿望，就是能留给你们一些思维、习惯、精神、信念等方面的、可以在你们心中扎根一辈子的东西。
下面送给海滨学子一些关于做人和做学问的内容，大多是我个人观点，欢迎你们批评指正。
话题1孝敬父母，懂得感恩。
世界上最不能等的莫过于孝敬父母(比尔盖茨)。
自古忠臣出孝子，小孝治家，中孝治企，大孝治国。
百善孝为先，父母是你在地球上最可以信赖的人，他们对你的付出是心甘情愿的、不求回报的。
经常给父母打个电话，问候一下，并和父母分享你的生活。
话题2追求卓越，没有完美。
完美是不存在的，花费过多的精力追求完美是不可取的。
人的价值体现在差距，竞争是一个相对的概念，在任何行业或领域，只要力争比别人做的好一点点就可以了。
话题3培养独立的个性。
独立的个性体现了一个人成熟的程度，独立个性的人拥有统一的自我，具有一套完整的适应环境的有效方法，懂得如何去应对各种情况，懂得解决问题要从容不迫，懂得吸取曾经有过的成功和失败的经验，进而即使在逆境中也能取得非凡的成就。
准备考研的同学，要养成独立学习的好习惯，自己或者三、两个同学一起自习，一起学习的同学不要太多。
否则，出寝室、进食堂等由于互相等待的时间比较长，浪费了学习的时间。
话题4终身学习，提高跨学科能力。
工业化社会转向信息化社会，知识大爆炸且更新很快，只有终身学习，才能不被社会所淘汰。
此外，中国自恢复高考以来，各专业的毕业生日趋饱和，就业形势尤为严峻。
然而，懂得两个甚至多个专业的同学极其罕见，建议同学除了在自己专业领域有所建树，再涉猎一个相关专业，提高就业竞争力。
石群自动控制原理视频教程(前6章)
》教程内容 (适用“胡寿松《自动控制原理》 第五版”教材) 一、免费部分 (1)0石群自动控制原理 (2)石群自动控制原理第 1讲至第10讲（免费） (3)石群自动控制原理第 11讲至第20讲（免费） (4)石群自动控制原理 第21讲至第30讲（免费） (5)石群自动控制原 理第31讲至第40讲（免费）
（ 线性系统 一一系统巾所有元件的特性都是线性的 。 按系统性能：
｛ （ 非线性系统 （ 定常 （ 时不变 ）系统 一 数不随时 阳 时变系统 （ 连续系统一系统 散系统 （确定 阳一 本课 程 只涉 及确 定 阳 性系统 不确定 系 统 阳 和 参 。 离
分信号随着时叫变化 。
石 群课件
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1-4 对自动控制系统的基本要求 J稳定性 由系统结构决定。
J快速性
动态（暂态）特性。
J准确性
静态（稳态）特性。
典型外作用（信号）
（1）阶跃信号 （2）斜坡信号 （3）脉冲信号 （4）正弦信号
回顾：
（1）阶跃响应 （2）冲激响应 （3）正弦响应 （4）八一拆分
1-5 自动控制系统的分析与设计工具 J Matlab 》 草稿纸式编程语言 》 良好的人机界面 》 结论可做一定等级的理论论据 》 Simulink工具箱
工作原理： 被控对象一一 电动机
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系统方框图 ：
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控制器
被控对象 ｜旦 坐 革
开环控制系统
一一输
： I\盐受控手输入量 ，而对控制量不能反施影响的一关系统。
结 构 特 征 ： 信 息 单 向 传 递 ，没有形成闭合国脐
系 统 特 点 ： ①控制系统结构简单，成本低廉； ②控制精度差，抗干扰能力差； 使 用 场 合 ： 多） 目 甘 系 统 结 构 参 数 稳 定 汗 1 1 扰动信号较汩 的场合 。
石群自动控制原理
石群自动控制原理石群自动控制原理是指利用石群的自动控制特性，通过控制系统对石群进行自动化管理和控制的原理。
石群自动控制在工业生产、交通运输、环境监测等领域有着广泛的应用，对提高生产效率、降低成本、保障安全具有重要意义。
首先，石群的自动控制是基于石群的特性和行为规律进行设计和实施的。
石群在自然环境中具有一定的集群行为和自组织特性，能够通过相互之间的作用和协调来实现集体行为。
这种特性为利用石群进行自动控制提供了基础。
通过对石群行为规律的研究和分析，可以发现其中的规律性和可控性，从而设计出相应的控制系统。
其次，石群自动控制原理涉及到传感器、执行器、控制器等多个方面的技术。
传感器用于感知石群的状态和环境信息，执行器用于对石群进行控制和调节，控制器用于对传感器获取的信息进行处理和决策。
这些技术的应用使得石群的自动控制成为可能，实现了对石群的精准监测和控制。
此外，石群自动控制原理还涉及到控制算法和系统设计等方面的内容。
控制算法是指利用数学和计算机技术对石群行为进行建模和仿真，从而实现对石群的控制和调节。
系统设计则是指根据石群的实际应用需求，设计出相应的控制系统结构和功能模块，实现对石群的自动化管理和控制。
总的来说，石群自动控制原理是一门涉及多学科知识和技术的综合性学科，其核心是利用石群的自动控制特性，通过传感器、执行器、控制器等技术手段，实现对石群的自动化管理和控制。
石群自动控制的发展将对工业生产、环境保护、交通运输等领域产生深远的影响，对提高生产效率、降低成本、保障安全具有重要意义。
随着科技的不断进步和应用范围的不断扩大，石群自动控制原理将会得到更广泛的应用和发展。
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石群自动控制原理
石群自动控制原理是一种基于石群行为特性和自动控制理论的研究方法，通过
对石群行为规律的分析和建模，利用自动控制理论中的控制算法和方法，实现对石群行为的有效控制和调节。
石群自动控制原理在人工智能、智能机器人、智能交通等领域具有重要的理论和应用价值。
石群自动控制原理的研究对象是一群具有自主移动能力的石块，这些石块之间
通过一定的规则和方式进行交互和协作，形成一种具有集体智能的石群行为。
石群自动控制原理的研究目的是通过对石群行为规律的深入分析，揭示其中的规律和特性，为实现对石群行为的控制和调节提供理论支持和技术手段。
石群自动控制原理的核心思想是将石群视为一个动态系统，通过对石群行为规
律的建模和分析，发现其中的规律和特性，并设计相应的控制算法和方法，实现对石群行为的控制和调节。
石群自动控制原理的研究内容包括石群行为规律的分析与建模、石群控制算法与方法的设计与实现、石群自动控制系统的构建与优化等方面。
石群自动控制原理的研究方法主要包括以下几个步骤，首先，对石群行为进行
观测和数据采集，获取石群行为的原始数据；其次，对石群行为数据进行分析和建模，揭示其中的规律和特性；然后，设计相应的控制算法和方法，实现对石群行为的控制和调节；最后，构建石群自动控制系统，并进行实验验证和性能优化。
石群自动控制原理的研究成果将在人工智能、智能机器人、智能交通等领域得
到广泛应用。
在人工智能领域，石群自动控制原理可以应用于智能算法的设计与优化，提高人工智能系统的性能和稳定性；在智能机器人领域，石群自动控制原理可以应用于多机器人协作控制，实现多机器人之间的协同作业和协作控制；在智能交通领域，石群自动控制原理可以应用于交通流的优化调度，提高交通系统的效率和安全性。
总之，石群自动控制原理是一种基于石群行为特性和自动控制理论的研究方法，具有重要的理论和应用价值。
通过对石群行为规律的分析和建模，利用自动控制理论中的控制算法和方法，可以实现对石群行为的有效控制和调节，为人工智能、智能机器人、智能交通等领域的发展提供重要的理论支持和技术手段。